本公开针对用于生产熔融玻璃的过程(process，有时称为方法或工艺)和装置，以及更具体地说针对用于精炼(refine)熔融玻璃的过程和装置。
背景技术：
基于硅的玻璃(silica-basedglass)例如钠钙硅玻璃在玻璃容器和其它物品的制造中是普遍的。用于制作这样的物品的熔融玻璃按照惯例通过熔化称为在连续的池炉(tankfurnace)中的一个端部中的批料(batch)的形成玻璃的材料的混合物准备。作为结果产生的熔融玻璃典型地包含不期望的相当数量的气泡，一般地称为核(seed)。这种未精炼的熔融玻璃的气泡含量典型地通过将熔融玻璃加热到相对高的温度以减少熔融玻璃的粘度从而在熔融玻璃内部的气泡能够逐渐地上升到熔融玻璃的自由表面并且在适当量的时间中逸出而减少到期望的水平。在这样的过程中，典型地依赖于在熔融玻璃内部的上升的对流流以将气泡带到熔融玻璃的表面。
技术实现要素：
根据公开的一个方面，本公开的一般的目的是提供用于相比于传统的精炼过程增大气泡从熔融玻璃的流中被释放和/或被移除的比率的装置和过程。本公开的装置和过程也可减少这样的温度，即熔融玻璃必须在该温度下被加热以有效地精炼熔融玻璃。
本公开体现了能够彼此分开地或彼此组合地实施的许多方面。
根据公开的一个方面的用于精炼熔化物流的多孔体包括：入口、与入口处于流体联通中且在纵向方向上与入口间隔开的出口、以及多个孔，熔融玻璃能够在入口和出口之间流动通过所述多个孔。多孔体的孔由具有壁表面的壁限定，该壁表面构造成当熔融玻璃在入口和出口之间流动时与熔融玻璃相互作用以帮助精炼熔融玻璃。这可通过促进气泡从熔融玻璃中的释放实现，例如通过促进在熔融玻璃内部的气泡的合并或通过增大在熔融玻璃内部的气泡的尺寸。在其它的实施例中，这可通过将在熔融玻璃内部的气泡的尺寸减小到商业上可接受的尺寸而实现。
根据公开的另一方面，提供了用于熔化并且精炼熔融玻璃的装置，该装置包括：熔化器(melter，有时称为熔炉)、在熔化器下游的精炼机、在熔化器和精炼机之间的喉部(throat，有时称为炉喉)、以及具有入口和与入口处于流体联通中的出口的多孔体。多孔体可设置在熔化器、精炼机、和/或喉部内部。多孔体包括多个孔，熔融玻璃能够在入口和出口之间流动通过该多个孔。多孔体的孔由具有壁表面的壁限定，该壁表面构造成帮助精炼熔融玻璃。例如，壁表面可构造成促进在熔融玻璃内部的气泡的合并以增大气泡的尺寸，或壁表面可构造成将在熔融玻璃内部的气泡的尺寸减小到商业上可接受的尺寸。在一些实施例中，壁表面可构造成与熔融玻璃相互作用以生产二氧化碳(co2)气体、氮氧化物(nox)气体、或两者。
根据公开的在另一方面，提供了用于熔化和精炼熔融玻璃的装置，该装置包括：具有上游端部和相对的下游端部的熔化器；与熔化器的下游端部处于流体联通中的喉部；以及具有入口、与入口处于流体联通中的出口以及多个孔(熔融玻璃能够在入口和出口之间流动通过该多个孔)的多孔体。多孔体构造成拦截从熔化器的下游端部流动到喉部中的熔融玻璃并且与熔融玻璃相互作用以促进气泡从熔融玻璃中的释放或将在熔融玻璃内部的气泡的尺寸减小到商业上可接受的尺寸。
根据公开的另一方面，提供了用于精炼熔融玻璃的过程，在其中提供了包括多个气泡的熔融玻璃。还提供了包括入口、与入口处于流体联通中的出口、以及多个孔(熔融玻璃能够在入口和出口之间流动通过该多个孔)的多孔体。多孔体的多个孔由具有壁表面的壁限定。熔融玻璃流动通过多孔体并且通过多个孔从而在熔融玻璃和孔的壁表面之间的相互作用促进气泡从熔融玻璃中的释放，或引起在熔融玻璃内部的气泡中的至少一些萎陷或破裂以将气泡的尺寸减小到商业上可接受的尺寸。
附图说明
公开与其附加的对象、特征、优点以及方面一起将从下面的描述、所附的权利要求以及(多个)附图中最佳地理解，在其中：
图1是根据本公开的示例性的实施例的用于熔化和精炼熔融玻璃的玻璃炉的示意性的侧视横截面图；
图2是根据本公开的一个实施例的用于精炼熔融玻璃流的多孔体的示意性的正面透视图；
图3是在图2中的箭头3–3的方向上获得的图2的多孔体的示意性的横截面图；
图4是在图3中的箭头4–4的方向上获得的图2的多孔体的示意性的横截面图；
图5是在图3中的箭头5–5的方向上获得的图2的多孔体的示意性的横截面图；
图6是根据本公开的另一示例性的实施例的多孔体的示意性的横截面图；
图7是根据本公开的再另一示例性的实施例的多孔体的壁表面的电子显微照片；
图8是根据本公开的另外的示例性的实施例的多孔体的壁表面的电子显微照片；
图9a和9b是根据本公开的示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置的示意性的俯视和侧视横截面图；
图10是根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置的片段式的透视图；
图11是根据本公开的再另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置的透视图；
图12是根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置的透视图；以及
图13是根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置的透视图。
具体实施方式
在这里公开的用于精炼熔融玻璃的过程和装置可被用于精炼各种各样的基于硅的玻璃成分，包括例如钠钙硅玻璃。此外，本公开的过程和装置可结合到各种各样的玻璃制造过程以及各种各样的玻璃炉设计中，包括，但当然不限于，在附图中示出且在这里在下面描述的示例性的玻璃制造过程和玻璃炉设计。可受益于本公开的过程和装置的一些特定类型的玻璃炉包括通过浸没燃烧或等离子弧熔化过程加热的玻璃炉。
图1示出了根据本公开的示例性的实施例的用于熔化和精炼熔融玻璃的玻璃炉10。炉10的上游端部包括漏斗12和形成玻璃的材料从漏斗12引导到熔化室16中的玻璃批料加料机14。形成玻璃的材料在熔化室16中加热以将形成玻璃的材料熔化成一团熔融玻璃。精炼室18位于熔化室16的下游并且通过分隔壁20与熔化室16隔离。精炼室18通过在分隔壁20中的称为喉部的开口22接收来自熔化室16的熔融玻璃。前炉床24位于精炼室18的下游并且包括相对浅的给料通路26。前炉床24接收来自精炼室18的熔融玻璃并且将熔融玻璃的料块(gob)经由位于炉10的工作端部处的给料槽口28分发到玻璃制品形成机。关于炉10，术语“下游”一般地意味着在从炉10的上游端部到炉10的工作端部的方向上。
玻璃炉10还包括多孔体30，其至少部分地浸没于在玻璃炉10中的熔融玻璃内部并且优选地至少部分地浸没于在炉10中的熔融玻璃的流动流的流动路径内部。例如，多孔体30可至少浸没在熔融玻璃流的上部的区域或下部的区域内部，或多孔体30可延伸越过通过炉10的熔融玻璃流的整个横截面。在一些实施例中，多孔体30可具有低的外形并且可如此定位在炉10内部，即使得当熔融玻璃从炉10的上游端部通过炉10行进到炉10的工作端部时熔融玻璃在多孔体30之上流动。将多孔体30结合到玻璃炉10的设计中能够增大熔融玻璃在炉中被精炼的比率并且也能够降低这样的温度，即熔融玻璃在炉10内部必须在该温度下加热以有效地精炼熔融玻璃。
多孔体30可依赖于多孔体30在玻璃炉10内部的期望的地点或位置呈现任意数量的三维的即非平面的形状。例如，多孔体30可为以球体、椭圆体、立方体、矩形棱柱、三角棱柱、棱锥体、圆柱体、圆锥体、或任何其它三维形状的形式。在一些实施例中，多孔体30可不规则地成形。例如，多孔体30可构建成与在玻璃炉10内部的的多孔体30将被安置在的区域的形状和尺寸相符。
多孔体30具有通流结构并且包括熔融玻璃流能够流动通过的迷宫式的内部通道、导管、或孔。多孔体30的内部通道可构造成使得熔融玻璃流能够从多孔体30的上游端部通过多孔体30流动到多孔体30的下游端部。附加地或备选地，多孔体30的内部通道可构造成使得熔融玻璃流能够在多个方向上流动通过多孔体30。多孔体30的内部通道可在尺寸方面从0.5mm到20mm内变化，并且可提供带有相对高的空隙体积和相对高的内部表面积的多孔体30。
在一些实施例中，多孔体30的内部通道可提供带有在0.75到0.95的范围内(包括在其之间所有的范围和子范围)的有效孔隙度的多孔体30。如在这里所使用的术语“孔隙度”意指多孔体30的敞开的即未通过实心材料占据的体积的比例并且能够包括通过熔融玻璃占据的体积的比例。多孔体30的每线性英寸的孔的数目可在从每线性英寸(ppi)5到100个孔的范围内变化，包括在其之间所有的范围和子范围。
多孔体30的内部通道可由具有壁表面的壁限定。在一些实施例中，多孔体30的内部通道可包括由从多孔体30的上游端部延伸到下游端部的连续的通路壁限定的多个离散的通流通路。在其它的实施例中，多孔体30可具有网状的类似泡沫的结构，例如并且可包括限定了互相连接的敞开的孔的三维网络的一系列互相连接的槽室壁。
多孔体30的内部通道的尺寸、形状和互连性以及在多孔体30内部的壁表面的粗糙度以有助于增大熔融玻璃的流的精炼率的方式构造。例如，在多孔体30内部的壁表面可构造成增大气泡从熔融玻璃中被释放的比率。多孔体30的结构可构造成依赖于期望的玻璃精炼情况促进气泡凝聚、合并、形成、或分开。
例如，多孔体30的壁表面可构造成与熔融玻璃并且与在熔融玻璃中的气泡以这样的方式相互作用，即其引起在熔融玻璃中的气泡相对紧密地接近彼此和/或在多孔体30的壁表面上聚集从而气泡中的至少一些合并成更大的气泡。在一些实施例中，多孔体30的壁表面可为凹的以促进气泡沿壁表面聚集并且合并。如果期望的话，凹的壁表面也可起作用以将气泡俘获在多孔体30内部。气泡合并成更大的气泡增大了泡的浮力并且也降低了它们的表面积，这允许气泡在熔融玻璃内部更加迅速地上升。
同样，多孔体30的壁表面可构造成与熔融玻璃起化学反应以在熔融玻璃内部形成附加的气泡。并且这些附加的气泡可与已经在熔融玻璃中存在的气泡相互作用以产生相比于最初在玻璃中存在的气泡的尺寸在尺寸方面相对大的新的气泡。新的气泡的相对大的尺寸将允许新的气泡比最初在玻璃中存在的相对小的气泡以更快的速率通过熔融玻璃上升。在熔融玻璃内部的附加的气泡的形成可通过将包含游离碳(freecarbon)和/或氮的材料或离解以提供游离碳和/或氮的材料(如这样的材料能够有效地与基于硅的玻璃成分反应以产生二氧化碳(co2)和/或氮氧化物(nox)气体那样)结合到多孔体30的壁或壁表面中来实现。包含游离碳和/或氮的材料或离解以提供游离碳和/或氮的材料的一些适当的例子包括碳化硅(sic)、氮化硅(si3n4)以及碳氮化硅(sicn)。如果使用了碳化硅(sic)，二氧化碳(co2)气体可通过在碳化硅(sic)的离解后形成的游离碳的氧化而产生。如果基于硅的玻璃包含铁的氧化物例如fe2o3，铁的氧化物也可与游离碳反应以使二氧化碳(co2)气体的形成变得容易。二氧化硫(so2)气体也可通过先于熔化将硫酸钠(na2so4)添加到玻璃批量成分中在熔融玻璃中产生以帮助生产新的、相对大的尺寸的气泡。
在其它的实施例中，多孔体30的壁表面可构造成与熔融玻璃并且与在熔融玻璃中的气泡以这样的方式相互作用，即其引起了气泡中的至少一些萎陷或破裂，从而将在熔融玻璃内部的气泡的尺寸减小到商业上可接受的尺寸。减小在熔融玻璃内部的气泡的尺寸从而在熔融玻璃内部的气泡的平均的直径低于预先选择的值例如不大于0.2mm可使得玻璃可被接受在不必从熔融玻璃中移除气泡的情况下在各种各样的类型的玻璃物品的生产中使用。
多孔体30可为“单块的”。例如，多孔体30可由刚性的三维的、连续的、多孔的结构组成，其可作为单一件或完整的单元形成。同样地，多孔体30可与其它类型的从多个分离的组分中形成的多孔的介质形成对比，像筛组件，或离散的微粒、集粒、或填充到一定体积中的纤维。沙砾和硅藻土的填充层(packedbed)是优选地从本公开中被排除的多孔的介质的两个特别的例子。
具有通流结构的多孔体例如本公开的多孔体30以前在精炼熔融玻璃中没有被使用过。此外，多孔体30的结构在许多重大的方面中与在现有技术中公开的其它的结构不同。特别地，多孔体30的结构的特征在于相对地高的孔隙度以及相对高的内部的表面积，与平的结构对比，例如网孔、筛、以及穿孔的板片，这些平的结构典型地特征不在于这些属性并且没有充分的内部的表面积以有效地精炼熔融玻璃流。
多孔体30可定位于在炉10的上游端部和工作端部之间流动的熔融玻璃流的流动路径内部，并且可在许多不同的地点处定位在炉10内部。特别地，多孔体30可定位在炉10内部从而当流动通过炉10的熔融玻璃流朝向炉10的工作端部前进时该流将与多孔体30相互作用。在一些实施例中，多孔体30可定位在炉10内部从而当流动通过炉10的熔融玻璃流朝向炉10的工作端部前进时该流将被引导通过多孔体30。在其它的实施例中，多孔体30可定位成使得当流动通过炉10的熔融玻璃朝向炉10的工作端部前进时该熔融玻璃在多孔体30之上和/或在多孔体30周围流动。
在一个实施例中，多孔体30可定位在炉10的在其中熔融玻璃是相对热的区域内部和/或在炉10的在其中熔融玻璃具有相对高含量的气泡的区域内部。这样的区域可在在熔融玻璃内部的对流流处或附近存在，该对流流典型地由于在熔融玻璃中的热梯度而形成。例如，多孔体30可定位在向上上升的包含泡的对流流的流动路径内部，该对流流在熔化室16中在所述一团熔融玻璃内部的中间的地点处流动。这种类型的对流流的地点通常称为跳跃区域(springzone)。
在另一实施例中，多孔体30可定位在向上上升的对流流的流动路径内部，该对流流由于熔融玻璃的局部的加热已经在所述一团熔融玻璃内部形成。在炉10中的所述一团熔融玻璃内部的各种各样的区域可被局部地加热，例如通过浸入式电极。在这样的情形下，多孔体30可定位成当玻璃在炉10的内部在电极上方上升时拦截相对地热的并且相对地低粘度的熔融玻璃。
如通过在图1中示出的虚线轮廓线所显示的那样，一个或多个备选的或附加的多孔体可在许多不同的地点处定位在炉10内部以帮助精炼在炉10的上游端部和工作端部之间流动的熔融玻璃流。
例如，一个或多个多孔体31,32可定位在熔化室16内部的所述一团熔融玻璃的表面处，沿着熔化室16内部的所述一团熔融玻璃的表面定位，或横穿在熔化室16内部的所述一团熔融玻璃的表面定位。在这种布置中，多孔体31,32可用作阻挡物或撇除器以帮助从熔融玻璃中移除已经在熔融玻璃的表面处或附近积聚的气泡。
一个或多个多孔体也可定位在流动通过在炉10中的收缩部或缩窄通道的熔融玻璃流的流动路径内部。在炉10内部的熔融玻璃的流动路径中的收缩可发生在这样的地点处，即在其处熔融玻璃从一个室流动到另一个室，以及在玻璃炉10的离开部或出口附近流动。例如，多孔体33可定位于在熔化室16和精炼室18之间的分隔壁20中的开口22内部。在该地点中，多孔体33可作为门或其它的阻碍物起作用，其拦截在离开熔化室16的熔融玻璃的流内部的气泡以帮助减少进入精炼室18的气泡的数目和/或尺寸。
在这样的实施例中(即在其中玻璃炉10包括带有在一般地向上或向下的方向上倾斜的部分的基底)，一个或多个多孔体可定位在基底的倾斜的部分上，上方，或内部。例如，另一多孔体34可定位于在通向前炉床24的精炼室18内部的基底的倾斜的部分上方。在该位置中，多孔体34能够在熔融玻璃进入前炉床24前拦截在熔融玻璃流的流内部的气泡。
一个或多个多孔体也可定位在到前炉床24中的进入部处。例如，多孔体35可定位于在前炉床24的给料通路26内部的浅的搁板上，上方，或内部。在这样的情形下，多孔体35可以斜坡或矩形棱锥体(有时称为四棱锥)的形式形成，其包括从底座延伸的成角度的面。形成带有成角度的上游面和下游面的多孔体35可帮助引导熔融玻璃的流以在一般地向上的方向上在多孔体35之上流动和/或通过多孔体35流动。引导熔融玻璃的流以在一般地向上的方向上流动可促进在流的较低的部分中的气泡在所述一团熔融玻璃内部朝向在其自由表面上浮。多孔体35也可构造成使玻璃的相对地薄的层在多孔体35之上流动从而在相对薄的层内部的气泡能够迅速地上浮到熔融玻璃的自由表面并且逸出。例如，多孔体35可具有相对低的外形并且熔融玻璃的相对薄的层可在多孔体35之上和通过多孔体35流动。
一个或多个多孔体可构造成延伸越过在炉10内部的所述一团熔融玻璃的整个横截面。例如，多孔体36可定位在炉10内部以使得多孔体36越过所述一团熔融玻璃的整个宽度从炉10的基底延伸到在所述一团熔融玻璃的表面处或上方的地点。
多孔体30,31,32,33,34,35,36可通过任何适当的方法定位于在玻璃炉10内部的熔融玻璃流的流动路径内部。例如，多孔体可由玻璃炉10的一部分支撑，安装到玻璃炉10的一部分上，或结合到玻璃炉10的一部分中，该玻璃炉10的这一部分位于在炉10内部的熔融玻璃的自由表面之下，例如基底或炉10的侧壁的浸没部分。如另一例子，多孔体的一个或多个通过从在炉10内部的熔融玻璃的自由表面之上的地点悬置可至少部分地浸没于在炉10内部的熔融玻璃内部。
在一些实施例中，多孔体30,31,32,33,34,35,36中的一个或多个可被加热以增大或维持流动通过多孔体的熔融玻璃的温度。例如，在多孔体内部的熔融玻璃的温度可被增大到高于围绕多孔体的熔融玻璃的温度的温度。增大熔融玻璃的温度将降低熔融玻璃的粘度，这可促进气泡从熔融玻璃中的释放并且也可引起在熔融玻璃内部的气泡中的一些破裂。
在炉10内部的多孔体可通过外部的热源或通过内部的热源被加热。例如，多孔体可通过燃烧在多孔体的一部分内部的燃料或通过使相对热的气流流动通过多孔体的一部分而被加热，其与熔融玻璃流不接触。在其它的实施例中，多孔体中的一个或多个可通过将微波能量引导到多孔体处而被加热。在这样的实施例中，多孔体可由微波感受器材料制成或施覆有微波感受器材料。
通过多孔体30,31,32,33,34,35,36中的一个或多个的熔融玻璃的流动以及气泡从熔融玻璃中的释放可通过将真空施加到多孔体的一个或多个表面，通过将离心力施加到在多孔体内部的熔融玻璃，和/或通过在多孔体中引起振动、往复运动、铰接运动、摇动、或其它的运动被促成或引起。
真空的使用可帮助以更快的比率输送熔融玻璃和气泡通过多孔体，并且也可促进熔融玻璃流动通过多孔体，代替环绕多孔体。此外，使多孔体中的一个或多个的表面遭受真空或低于大气压力环境可帮助增大在熔融玻璃中的气泡上浮到熔融玻璃的自由表面的比率。
离心力可通过以适当的速度使多孔体中的一个或多个绕其轴线例如中心轴线旋转被施加到在多孔体30,31,32,33,34,35,36中的一个或多个内部的熔融玻璃。在其它的实施例中，离心力可通过将多孔体放置于正在旋转的设备例如旋转式传送带(carousel)或其它的容器内部而被施加到在多孔体内部的熔融玻璃。
现在参考图2–5，其包括根据本公开的一个或多个示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的多孔体40的示意性的示图。
多孔体40包括纵向的轴线l，入口42，以及与入口42处于流体联通中且沿纵向的轴线l与入口42间隔开的出口44。多孔体40包括迷宫式的敞开孔46，熔融玻璃流能够在多孔体40的入口42和出口44之间流动通过该敞开孔。敞开孔46由具有与流动通过多孔体40的熔融玻璃相互作用以帮助精炼熔融玻璃的壁表面50的壁48限定。
如在这里所使用的术语“入口”意指包括任何开口或开口的组合，流体能够通过该开口或开口的组合从外部的环境穿透到内部中，例如，到多孔体40的孔46中。因而，多孔体40的入口42可包括多孔体40的一个或多个侧边、面、表面、和/或部分，熔融玻璃能够流动到其中。同样地，如在这里所使用的术语“出口”意指包括任何开口或开口的组合，流体能够通过该开口或开口的组合从内部的环境穿过到外部。因而，多孔体40的出口44可包括多孔体40的一个或多个侧边、面、表面、和/或部分，熔融玻璃能够从其中离开多孔体40。例如，入口可包括多孔体40的上游端部并且出口可包括多孔体40的下游端部。关于多孔体40，术语“上游”意指包含多孔体40的任何侧边、面、表面、端部或部分，在其处熔融玻璃被接收，并且术语“下游”意指包含多孔体40的任何侧边、面、表面、端部或部分，熔融玻璃从其中离开。
在多孔体40内部的孔46的尺寸贯穿多孔体40可为基本上一致的，或孔46的尺寸可沿多孔体40的纵向的轴线l以逐渐的或逐步的方式变化。在多孔体40内部建立孔尺寸梯度可增强多孔体40的精炼功能。例如，逐渐地减小在多孔体40内部的孔46的尺寸可导致气泡接触的发生率的增大并且也可导致在气泡和壁表面50之间的接触的发生率的增大。
在一些实施例中，在多孔体40中的孔46的尺寸可沿多孔体40的纵向的轴线l以逐渐的或逐步的方式转变或发展。例如，在多孔体40中的孔46的尺寸可沿多孔体40的纵向的轴线l从小转变到大，或反之亦然，从而多孔体40的一个区域会比另一个区域具有更精细的或更粗糙的孔46。在其它的实施例中，在多孔体40内部的孔46的尺寸可以其它的方式变化。例如，在多孔体40内部的孔46可从更大变化到更小，和/或重新到更大。
多孔体40可为单块的，或具有单体的构造，即从单一件中形成，或多孔体40可为多个部件的完整的组件。例如，如在图2–3中示出的那样，多孔体40可被分割并且可包括两个或更多个连续地布置的独立地单块的部分或部段a,b，其已经被带到一起以形成单元。在图2–3中示出的连续地排列的部段a,b并排定位，然而在其它的实施例中部段a,b可叠置地堆置。从两个或多个连续地布置的部段a,b中构建多孔体40可提供在多孔体40的不同的区域内带有不同的化学的和/或机械的性质的多孔体40。例如，如在图2–3中示出的那样，相比于在段b(图5)中的孔46'在部段a中的孔46可为相对大的(图4)，这可提供带有孔尺寸梯度的多孔体40。
多孔体40的部段a,b可保持在壳体或框架52内部或由壳体或框架52支撑。在一些实施例中，部段a,b可在分离的框架内部被支撑，其可适合于彼此匹配或否则装配在一起以使部段a,b彼此联合以形成完整的单元。例如，部段a,b可为榫槽匹配的。
在图2–5中示出的实施例中，多孔体40通过框架52围住从而流动通过多孔体40的熔融玻璃容纳在框架52内部，类似于通过封闭的导管的液体的流动。在这样的情形下，熔融玻璃可不具有自由表面。然而在其它的实施例中，多孔体40可保持在没有完全地围住多孔体40的壳体、框架、或其它的结构例如敞开通路内或由没有完全地围住多孔体40的壳体、框架、或其它的结构例如敞开通路支撑。在这样的情形下，通过多孔体4、在多孔体40周围、和/或在多孔体40之上流动的一定体积的熔融玻璃将具有自由表面。
在一些实施例中，部段a,b可通过间隙分离，其可提供出口以用于在多孔体40内部俘获的气泡从其中逸出。间隙可与导管例如通风孔或类似烟囱的结构处于流体联通中，其可提供路径以用于在多孔体40内部俘获的气泡被输送远离多孔体40，例如朝向在炉10内部的熔融玻璃的自由表面。多孔体40、间隙、和/或导管可以这样的角度定向，即该角度可促使在多孔体40内部的气泡流动远离多孔体40和/或流动远离间隙。
如在图2和3中最佳示出的那样，多孔体40具有通过在平行于多孔体的纵向的轴线l的方向上在多孔体40的入口42和出口44之间的距离限定的纵向的深度或厚度t。多孔体40的厚度t可控制或调整成提供用于在多孔体40内部的熔融玻璃流的期望的停留时间。因此，多孔体40的厚度t可依据将正流动通过在玻璃炉10中的多孔体40的熔融玻璃的流的流率被选择。对于多孔体40的适当的厚度t可在0.25英寸到6英寸的范围内，包括在其之间的所有的范围和子范围。在一些实施例中，多孔体40可具有在1英寸到2.5英寸的范围内的厚度t，包括在其之间的所有的范围和子范围。
在图2–5中示出的多孔体40在正交于纵向的轴线a的方向上具有通过高度h和阔度或宽度w所限定的基本上矩形的横截面形状。在该实施例中，多孔体40的厚度t大于其宽度w，并且多孔体40的宽度w大于其高度h。因此，多孔体40的厚度对宽度t/d以及厚度对高度t/h的纵横比两者都大于一。然而在其它的实施例中，多孔体40的宽度w和/或高度h可大于多孔体40的厚度t。对于多孔体40的适当的宽度w可在4–12英寸的范围内，并且对于多孔体40的适当的高度h可在6–18英寸的范围内，包括在所体积的范围之间的所有的范围和子范围。
在其它的实施例中，多孔体40可具有不同的横截面形状。例如，在平行于或正交于多孔体40的纵向的轴线a的方向上的多孔体40的横截面形状可为圆形的、椭圆的、环形的、正方形的、三角形的、六角形的、或任何其它适当的形状。此外，多孔体40的横截面形状和/或横截面面积可沿多孔体40的长度l、宽度w、和/或高度h变化。
多孔体40的尺寸和形状可依据将正流动通过在玻璃炉10中的多孔体40的熔融玻璃的流率和/或温度而选择。流动通过传统的玻璃炉的熔融玻璃将典型地具有在0.5毫米每秒(mm/sec)到5mm/sec的范围内的速度，包括在其之间的所有的范围和子范围。因此，多孔体40的尺寸和形状可设计成容纳以在所体积的范围内的速度流动的熔融玻璃的流。在一些实施例中，多孔体40的尺寸和形状可构造成每小时容纳在5加仑熔融玻璃和25加仑熔融玻璃之间，包括在其之间的所有的范围和子范围。多孔体40也可构造成容纳具有在500摄氏度到1700摄氏度的范围内的温度的熔融玻璃流。
在多孔体40中的孔46的尺寸可选择成提供通过多孔体40的熔融玻璃的期望的流率并且阻止背压，并且可依据熔融玻璃的温度和粘度。例如，具有在尺寸方面相对小的孔46的多孔体40可被用于精炼具有相对高的温度和相对低的粘度的熔融玻璃，例如在1000摄氏度到1750摄氏度的范围内的温度，包括在其之间的所有的范围和子范围。
多孔体40的孔46的形状和定向可为一致的或任意的，并且可提供通过多孔体40的基本上线性的流动路径和/或弯曲的流动路径。
在图2–5中示出的实施例中，多孔体40具有蜂房结构并且包括多个六角形地成形的孔46,46’，该孔46,46’基本上彼此平行地从多孔体40的入口42延伸到出口44。此外，孔46,46’的中心轴线在基本上平行于多孔体40的纵向的轴线a的共同的方向中定向。因此，孔46,46’不沿多孔体40的厚度t彼此交叉。然而在其它的实施例中，多孔体40可包括带有不同的横截面形状和/或带有不同的定向的孔。例如，在其它的实施例中，多孔体40的孔46,46’可具有圆的、正方形的、或椭圆形的横截面形状。此外，多孔体40的孔46,46’可在多个不同的方向中定向。
图6示出了根据本公开的用于精炼熔融玻璃的多孔体140的另一实施例。该实施例在许多方面类似于图2–5的实施例并且在实施例之中的相同数字一般地表示贯穿附图的几个视图的相同的或相应的元素。因此，实施例的描述彼此结合，并且对于实施例共同的主题的描述一般地在这里可不重复。
在图6中示出的多孔体140具有网状的或类似泡沫的结构并且包括迷宫式的互相连接的不规则地成形的敞开孔146，这些敞开孔沿多孔体140的纵向的轴线在多个任意的方向中定向。
在一些实施例中，多孔体140可具有在轮廓方面粗糙的或不规则的壁表面148，因为这可增强多孔体140的精炼功能。因此，壁表面148的表面粗糙度平均值(ra)优选地大于600微英寸(µin)。在一些实施例中，壁表面148的表面粗糙度平均值(ra)可为在1–10000微英寸(µin)的范围内，包括在其之间的所有的范围和子范围。例如，壁表面148的表面粗糙度平均值(ra)可为在100–6000微英寸(µin)的范围内，包括在其之间的所有的范围和子范围。依赖于精炼情况，壁表面148的表面粗糙度平均值(ra)可为：大于或等于1000µin，2500µin，4000µin，或5000µin；小于或等于10000µin，9000µin，8000µin，或7000µin；或在1000–10000µin，2500–10000µin，4000–10000µin，或5000–10000µin之间，以引用一些特定的例子。
同样，多孔体140的壁表面148可构造成抵抗通过多孔体140的熔融玻璃的流动，例如由于在熔融玻璃和多孔体140的壁表面148之间的粘附力。在这样的情形下，由于粘附力引起的通过多孔体140的熔融玻璃流动的抵抗可为在0n到1000n的范围内，包括在其之间的所有的范围和子范围。
可在多孔体140的壁148上产生粗糙的或不规则的表面，例如通过使用化学气相沉积技术将须状的或针状的结构沉积到壁148上，或通过利用酸或任何其它的适当的蚀刻剂刻蚀壁表面148。须状的或针状的结构可具有小于一微米的直径以及几微米或更长的长度。在其它的实施例中，多孔体140的壁150本身可为多孔的，这可促成粗糙的或不规则的壁表面148。
在其它的实施例中，多孔体140的壁表面148可在从相对地平滑的到相对地粗糙的范围内变化，或反之亦然。
图7是具有相对平滑的壁表面的多孔陶瓷材料的电子显微照片。在图7中的陶瓷材料包括已经通过烧结过程彼此熔合的多个陶瓷颗粒。
图8是具有相对粗糙的、不规则地成形的壁表面的多孔陶瓷材料的电子显微照片。在图8中的陶瓷材料具有通过多个互相连接的晶体“针”形成的敞开的互相连接的孔。
多孔体140的壁148和/或壁表面150以及可选地框架152可从任何适当的材料或材料的组合中形成和/或施覆有任何适当的材料或材料的组合，该适当的材料或材料的组合能够在在玻璃炉内部存在的高的温度和腐蚀性的环境的条件下维持其结构性质。例如，多孔体140的壁148和/或壁表面150以及可选地框架152可从各种各样的难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或在其组合中被形成和/或施覆有各种各样的难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或在其组合。适当的难熔材料的一些特定的例子包括钼、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、高铝红柱石(有时称为莫来石)、碳化硅、碳化钨、碳化硼、碳氮化硅、硅、以及其组合。这样的材料可被成形加工或铸造成多孔体140的形状。
多孔体140可以这样的方式构建，即其将提供带有充分的刚度和强度的多孔体140。适当的多孔结构的一些例子包括网状的陶瓷材料(也称为陶瓷泡沫)、粘合的陶瓷颗粒、和/或挤压成型的陶瓷材料(例如，挤压成型的陶瓷蜂房材料)。适当的网状的陶瓷材料可通过在包含陶瓷的浆体中浸渍聚氨酯前体材料并且然后热处理施覆有陶瓷的前体材料以分解前体材料并且形成多孔的陶瓷体而制造。适当的粘合的陶瓷微粒材料可由通过陶瓷粘合剂保持在一起的熔合的或扁平的陶瓷颗粒制成。其它的适当的多孔的陶瓷材料可使用三维打印过程或通过挤压成形过程来制造，在挤压成形过程中陶瓷浆体和粘合剂的混合物一起被挤压出以形成挤压成型的陶瓷结构，该陶瓷结构可施覆有附加的陶瓷材料、干燥、并且烧结以制造多孔的陶瓷体。
图9a–13示出了用于精炼熔融玻璃的装置的附加的实施例，该熔融玻璃包括一个或多个多孔体，待精炼的熔融玻璃经过该一个或多个多孔体。这些实施例在许多方面类似于图2–8的实施例。因此，实施例的描述彼此结合，并且对于实施例共同的主题的描述一般地在这里可不重复。
现在参考图9a和9b，其分别示出了根据本公开的示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置200的俯视和侧视横截面图。装置200包括在熔融玻璃的流的自由表面的上方延伸的顶部端部210以及浸入在熔融玻璃的流动路径中的底部端部212。装置200的底部端部212包括具有入口216(熔融玻璃的流通过该入口被接收)和出口218(熔融玻璃通过该出口离开多孔体214)的多孔体214。多孔体214还包括上表面220，该表面220与一般地垂直的通道222处于流体联通中，该垂直的通道222从多孔体214的上表面220通过装置200延伸到在装置200的顶部端部210处的开口224。垂直的通道222可通过护套、壳体、或壁226限制，该壁226由非多孔的难熔材料构建，例如非多孔的难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或其组合。
熔融玻璃在多孔体214的入口216处被接收并且从多孔体214的出口218中排出。当熔融玻璃在多孔体214的入口和出口216,218之间流动时，可促使在熔融玻璃内部的气泡通过熔融玻璃朝向多孔体214的上表面220上浮。在该过程期间从熔融玻璃中释放的气泡可通过垂直的通道222被引导远离多孔体214，并且引导到在装置200的顶部端部210处的开口224之外。
装置200也可包括真空泵和抽气系统228，其能够用于在垂直的通道222内部创造低于大气压力环境。在这样的情形下，虽然未在图9a和9b中示出，垂直的通道222可例如通过将罩盖放置到在装置200的顶部端部210处的开口224之上而被围住。在垂直的通道222内部的低于大气压力环境可帮助提高这样的比率，即在熔融玻璃的流动的流内部的气泡以该比率通过熔融玻璃上浮并且从其中被释放。
图10示出了根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置300。装置300包括壳体310，其具有顶部312(片段地示出)、底部314、侧壁316、位于壳体310的顶部312中的入口318、以及位于壳体310的侧壁316中的出口320。装置300还包括具有内部324和外部326的一般地环形的多孔体322，该多孔体在壳体310的顶部312和底部314之间在入口318和出口320之间延伸。环形的多孔体322可为单块的，或可为多个单块的多孔体部分的组件或集成。壳体310(包括顶部312、底部314、以及壳体310的侧壁316)可由难熔材料制成，例如难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或一个或多个这样的难熔材料的组合。
熔融玻璃通过入口318进入壳体310并且在环形的多孔体322的内部324中接收。压力差可越过环形的多孔体322建立从而熔融玻璃在一般地径向方向上从环形的多孔体322的内部324流动到外部326。同样，在一些实施例中，壳体310的底部314和环形的多孔体322可构造成旋转从而熔融玻璃受到离心力，其引起熔融玻璃在一般地径向方向上从环形的多孔体322的内部324流动到外部326。当熔融玻璃流动通过多孔体322时，可促使在熔融玻璃内部的气泡通过熔融玻璃上升并且逸出。
图11示出了根据本公开的再另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置400。装置400包括通过旋转的底座416所承载的具有内部412和外部414的一般地环形的多孔体410。熔融玻璃在多孔体410的内部412中被接收并且受到离心力从而熔融玻璃在一般地带有方向上从多孔体410的内部412流动到外部414。在熔融玻璃流动通过多孔体410后，熔融玻璃通过底座416收集并且在一般地向下的方向上引导远离多孔体410。当熔融玻璃流动通过多孔体410时，促使在熔融玻璃内部的气泡通过熔融玻璃上升并且逸出。底座416可由难熔材料制成，例如难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或在组合。
在另一实施例中，装置400可与装置300结合。例如，装置300可承载在底座416上并且被旋转以促进通过装置300的熔融玻璃的流动。
图12示出了根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃的装置500。装置500包括导管510，其具有入口512、出口514、以及在导管510内部沿在其纵向的轴线a连续地布置的一个或多个多孔体516。熔融玻璃在导管510的入口512处被接收并且朝向导管510的出口514流动。当熔融玻璃从导管510的入口512流动到出口514时，多孔体516混合熔融玻璃并且还以这样的方式与熔融玻璃相互作用，即其促使在熔融玻璃内部的气泡上升到在其自由表面并且逸出。
导管510可为圆柱的、矩形的、或具有任何其它的适当的形状，并且可由金属、难熔材料、陶瓷、或任何其它的适当的(多个)材料制成。多孔体516可为促进混合熔融玻璃和与熔融玻璃的相互作用的任何适当的形状，例如多孔体516可为扭曲的、螺旋的、或呈螺旋形地成形的。同样，导管510可由难熔材料制成，例如难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或在组合。
图13示出了根据本公开的另一示例性的实施例的用于精炼熔融玻璃装置600。装置600包括具有顶部612、底部614、以及侧壁616的壳体610。出口618可位于在壳体610的底部614处的侧壁616中。壳体610可由难熔材料制成，例如难熔金属、碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、或在其组合。装置600还包括第一、第二、以及第三多孔体620,622,624，其在壳体610内部叠置地连续地布置。在图13中示出的实施例中，多孔体620,622,624的孔尺寸以逐步的方式减小，其中第一多孔体620具有相对粗的孔隙度以及第三多孔体624具有相对精细的孔隙度。然而，在其它的实施例中，多孔体620,622,624的孔尺寸可为基本上相同的。
多孔体620,622,624可在壳体610中通过第一和第二间隙626,628彼此分离。虽然未示出，但是间隙626,628可与一个或多个导管处于流体联通中，其可提供用于已经从熔融玻璃中被释放以被输送远离熔融玻璃并且远离壳体610的气泡的路径。
熔融玻璃g可在第一多孔体620的顶部630处被接收，例如通过在第一多孔体620的顶部630上面浇注以形成一滩(apuddleof)熔融玻璃g。此后，熔融玻璃g可例如通过重力，从第一多孔体620的顶部630流动到底部632并且然后流动到在第一和第二多孔体620,622之间的第一间隙626中。在其它的实施例中，熔融玻璃g可在第一多孔体620的顶部630处被接收并且可在多个方向上例如朝向并且通过多孔体620的一个或多个侧边634,636分散通过多孔体620。在任一情形下，当熔融玻璃g通过第一多孔体620流动时，可促使在熔融玻璃内部的气泡通过熔融玻璃上升并且从其中逸出。例如，气泡可通过第一多孔体620的侧边634,636从熔融玻璃g中逸出。此后，熔融玻璃g可以类似的方式流动通过第二和第三多孔体622,624并且可经由在低于第三多孔体624的水平的水平处的出口618离开壳体610。
在其它的实施例中，装置600可包括单独的多孔体并且可联结到类似于装置600也包括一个或多个多孔体的其它下游装置。
装置600也可包括在精炼过程期间向多孔体620,622,624和/或熔融玻璃提供热量的加热器638。例如，加热器638可包括可引导在多孔体620,622,624中的一个或多个之下的火焰的气体燃烧器。在一些实施例中，加热器638可被用于在熔融玻璃被引入到壳体610中并且经过多孔体620,622,624之前预加热多孔体620,622,624。预加热多孔体620,622,624可帮助减少由于热冲击引起的多孔体620,622,624的恶化。
例子
具有不同的孔尺寸的两个网状的陶瓷材料在实验室环境中在烘箱中被预加热到大约900ºc的温度。具有大约1450ºc的温度并且包括多个气泡的熔融玻璃然后被浇注到预加热的陶瓷材料的一侧上，并且熔融玻璃的流从陶瓷材料的相反的侧边收集。收集的熔融玻璃然后被分析以确定在其中的气泡的尺寸和容量。
例子1
具有包括77wt%sio2，16wt%na2o，和5wt%cao的容器玻璃成分的熔融玻璃被准备并且被浇注到由碳化硅制成的网状的陶瓷材料上。碳化硅材料包括每英寸(ppi)8个孔，其中孔在尺寸方面从3mm变化10mm。在碳化硅材料中的孔由具有在0.5mm到1mm的范围内的厚度的壁限定。
熔化的容器玻璃成分最初具有在尺寸方面从0.2mm变化到0.3mm的气泡。在熔融玻璃通过碳化硅材料被过滤后，熔融玻璃包括在尺寸方面从0.5mm变化到1.0mm的气泡，这表示在熔融玻璃内部的气泡的尺寸的2到3倍的增大。增大在熔融玻璃内部的气泡的尺寸可加速精炼过程因为作为结果的相对大的气泡将能够比最初的相对小的气泡以更快的速率通过熔融玻璃上浮。
气泡尺寸的增大可为在与熔融玻璃反应以形成二氧化碳气体的碳化硅材料中的游离碳的结果。新形成的二氧化碳气体可然后与在熔融玻璃中的存在的气泡结合以生产更大的气泡。包含游离碳的其它的材料也可以这样的方式与熔融玻璃反应以生产更大的气泡并且相比于在熔融玻璃内部的最初的相对小的气泡更大的气泡能够更迅速地从熔融玻璃中被移除。
例子2
包括61.2wt%sio2和38.8wt%na2o的硅酸钠玻璃被准备并且浇注到由氧化铝制成的网状的陶瓷材料上面。氧化铝材料包括每英寸(ppi)25个孔，其中孔在尺寸方面从1mm变化3mm。在氧化铝材料中的孔由具有在0.5mm到1mm的范围内的厚度的壁限定。
硅酸钠玻璃最初具有在尺寸方面大约1mm的气泡。在熔融玻璃通过氧化铝材料被过滤后，熔融玻璃包括在尺寸方面大约0.5mm尺寸的气泡，这表示在熔融玻璃内部的气泡的尺寸降低了50%。在氧化铝材料内部的孔的壁上也观察到具有类似尺寸的气泡。
因而已经公开了用于精炼熔融玻璃的装置和过程，其充分地满足先前阐明的对象和目标的一个或多个。公开已经结合一些示例性的实施例呈现，并且附加的改型和变型已经被讨论。考虑到前述的讨论其它的改型和变型将容易地浮现在本领域的普通技术人员的心中。例如，为了方便每个实施例的主题由此通过参考结合到每个其它的实施例中。